一种磁耦合无线能量传输仿真实验方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电学实验技术领域，特别是涉及一种磁耦合无线能量传输仿真实验方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 无线能量传输技术大致包括电磁波无线能量传输技术、感应耦合式无线能量传输 技术和磁耦合共振式无线能量传输技术。其中，电磁波无线能量传输技术、感应耦合式无线 能量传输技术传输距离和功率的限制比较大。磁耦合共振式无线能量传输技术以磁场作为 传输介质，通过共振建立发射与接收装置之间的传递通道，从而有效地传输能量。利用磁耦 合共振式无线能量传输技进行能量传输，不但可以提高传输的功率与效率，而且理论上可 以将传输的距离提高到1到2米且不会受到空间障碍物的影响。
[0003] 现有技术中的磁耦合无线能量传输仿真实验，利用耦合模理论和谐振电路特性， 分析磁耦合谐振式无线供电在辐射近场共振耦合的本质特性和规律，再结合理论分析结 果，利用电磁仿真软件仿真计算功能建立分析模型，通过仿真计算得到了谐振频率和线圈 材料与品质因数的关系曲线。
[0004] 然而，现有的磁耦合无线能量传输仿真实验方法，无法根据理论分析结果，对不同 波形的能量传输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证，从而探究不同波形下不同线圈 模型的磁耦合无线能量传输特性。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例中提供了一种磁耦合无线能量传输仿真实验方法及装置，以解决现 有技术中磁耦合无线能量传输仿真实验方法无法根据理论分析结果，对不同波形的能量传 输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
[0007] -种磁親合无线能量传输仿真实验方法，包括以下步骤：
[0008] 根据线圈模型回路方程，获取双端口网络散射参数；
[0009] 计算双端口网络散射参数最大值，得到最强理论耦合点；
[0010] 根据最强理论耦合点，调整线圈距离；
[0011] 信号发生器输出不同波形的能量传输发生信号；
[0012] 判断不同波形能量传输发生信号是否达到最强理论耦合点；
[0013] 如果不同波形能量传输发生信号达到最强理论耦合点，则最强理论耦合点与实验 结果相符；
[0014]如果不同波形能量传输发生信号没有达到最强理论耦合点，则最强理论耦合点与 实验结果不符。
[0015] 优选的，求解方程，得到双端口网络散射参数方法包括以下步骤：
[0016] 获取线圈阻抗和互感系数；
[0017] 根据线圈阻抗和互感系数求取线圈模型回路方程解方程，并获取线圈电流；
[0018] 根据线圈电流，计算输入电压与输出电压；
[0019] 根据输入电压与输出电压，得到双端口网络散射系数。
[0020] 优选的，计算双端口网络散射参数最大值，得到最强理论耦合点方法包括以下步 骤:获取线圈耦合系数最小值;获取双端口网络散射参数最大值。
[0021] 优选的，判断不同波形能量传输发生信号是否达到谐振点的方法为：
[0022] 示波器显示负载两端输出电压；
[0023] 判断负载两端输出电压与能量传输发生信号电压是否耦合。
[0024]优选的，信号发生器输出不同波形的能量传输发生信号波形为方波、正弦波或三 角波。
[0025] -种磁耦合无线能量传输仿真试验装置，用于验证磁耦合无线能量传输仿真实验 方法，包括信号发生器、负载、示波器、驱动线圈、发送线圈、增强线圈、接收线圈和负载线 圈，其中：
[0026] 信号发生器与驱动线圈相连，驱动线圈与发送线圈相连，负载与负载线圈相连，负 载线圈与接收线圈相连，增强线圈位于发送线圈与接收线圈之间，发射线圈、增强线圈、接 收线圈同轴;示波器包括四个通道，分别与信号发生器和负载两端相连。
[0027]优选的，磁耦合无线能量传输仿真实验装置还包括内阻、第一补偿电容、第二补偿 电容和电灯泡，其中内阻与信号发生器和第一补偿电容相连，第一补偿电容和驱动线圈相 连，第二补偿电容两端分别与负载线圈和负载相连，电灯泡与负载并联。
[0028]优选的，第一补偿电容和第二补偿电容的电容范围为15pF_1000pF。
[0029] 优选的，发送线圈、增强线圈与接收线圈相对距离可调，发送线圈与接收线圈距离 范围为20cm-200cm。
[0030] 由以上技术方案可见，本发明实施例提供的磁耦合无线能量传输仿真实验方法及 装置通过列出线圈模型回路方程，求解方程，得到双端口网络散射参数，计算双端口网络散 射参数最大值，得到最强理论耦合点，根据最强理论耦合点，调整线圈距离，信号发生器输 出不同波形的能量传输发生信号和判断不同波形能量传输发生信号是否达到谐振点的方 法，对不同波形的能量传输发生信号下寻找到的最强耦合点进行验证，从而探究不同波形 下不同线圈模型的磁耦合无线能量传输特性。
【附图说明】
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而 言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1为本发明实施例提供的一种磁耦合无线能量传输仿真实验方法的流程示意 图；
[0033] 图2为本发明实施例提供的第一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置的结构示意 图；
[0034] 图3为本发明实施例提供的第二种磁耦合无线能量传输仿真实验装置的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0035] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护 的范围。
[0036] 图1为本发明实施例提供的一种磁耦合无线能量传输仿真实验方法的流程示意 图，由图1可见，磁耦合无线能量传输仿真实验方法包括以下步骤：
[0037] S101:根据线圈回路方程，获取双端口网络散射参数；
[0038] S102:计算双端口网络散射参数最大值，得到最强理论耦合点；
[0039] S103:根据最强理论耦合点，调整线圈距离；
[0040] S104:信号发生器输出不同波形的能量传输发生信号；
[0041] S105:判断不同波形能量传输发生信号是否达到最强耦合点；
[0042] S106:如果不同波形能量传输发生信号达到最强理论耦合点，则最强理论耦合点 与实验结果相符；
[0043] S107:如果不同波形能量传输发生信号没有达到最强理论耦合点，则最强理论耦 合点与实验结果不符。
[0044]其中，求解方程，得到双端口网络散射参数方法包括以下步骤：
[0045]计算并获得线圈阻抗和互感系数;求线圈模型回路方程解方程，得到线圈电流;根 据线圈电流，计算得到输入电压与输出电压;根据输入电压与输出电压，得到双端口网络散 射系数。
[0046]计算双端口网络散射参数最大值，得到最强理论耦合点方法包括以下步骤:设各 线圈品质因数、耦合系数相等;设线圈固有频率与震荡频率相等情况下，各线圈耦合系数最 小;求线圈耦合系数最小值;得到双端口网络散射参数最大值。
[0047]本发明以两线圈、三线圈和四线圈模型为实施例，理论分析计算磁耦合谐振式无 线能量传输方式的耦合点。
[0048] 两线圈板型：
[0049] 模型主要由两部分组成:发射端和接收端。发射端由信号发生源和发送线圈组成， 两者直接连接;接收端由接受线圈和负载组成，两者直接连接。工作过程为:发送线圈接受 信号发生器产生的信号，产生中高频磁场，并与接收线圈发生磁耦合谐振，能量由发送线圈 传送到了接收线圈。
[0050] 列出两线圈回路方程：
[0052] 其中，Ii为发送线圈电流，12为接收线圈电流，办为发送线圈电阻(含电源内阻），R2 为接收线圈电阻，ω为耦合频率，U为发送线圈电感，L2为接收线圈电感，Ci为发送线圈电 容，c2为接收线圈电容，M12为互感系数，Vs为输入电压